能源战略是国家发展战略的重要支柱。我国正处于城市化快速增长时期,为支撑经济持续稳定发展,需要以供给侧结构性改革为主线,构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,需要重视城市能源的综合高效利用、能源供应安全以及环境保护问题,做好能源规划是解决此问题的重要基础工作。在区域能源规划时,存在用能目标和资源条件在时间、空间和形态方面的不一致问题,需要根据用能目标和资源条件,采用多种能源相互增补的方式减缓能源供需矛盾。“构建多能互补、供需协调的智慧能源系统”,在“实施多能互补集成优化工程”是《能源发展“十三五”规划》(发改能源[2016]2744号)中提出的重要任务,要求在新增用能区实施终端一体化集成供能工程,在既有工业园区等用能区域,推进能源综合梯级利用改造,利用大型综合能源基地推进风光水火储多能互补工程建设运行。对区域多能互补能源供给的方的法优化研究工作,对合理维护自然资源,增进生态环境良性循环具有重要意义。本文对多能互补供能模式下区域能源规划的优化问题进行了探讨,试图建立相应的数学模型,并结合北京某区域的能源供需特点,探讨具体的优化以及应用。本文完成的主要工作和成果如下:(1)研究了多能互补的原理和构建区域能源规划中多能互补的数学模型的方法。尝试构建了风光互补发电系统、冷热电联供系统和燃料电池等三种多能互补形式的数学模型。(2)研究并提出了一种多能互补情景下区域供能方案的优化方法。首先从实际自然情况与当地人文情况未考虑因素,确立包括年消费最低、碳排放量最低、耗能最少等目的的目标函数。其次从自然因素到人为选择规划因素,详细研究当地的供能约束条件。其中包括传统能源、可再生能源、为利用能源在不同地区的供能约束,同时还包括设备类型、设备容量、台数选择约束、运行特性约束、能量输送网络相关约束等人为规划因素,进行了逐一的建立。再之后,分别以年花费最低以及碳排放最低为目标函数,结合约束条件,对多能互补情境下区域供能方案模型进行了优化。基于此方法,可以年花费最少或年碳排放量最少为目标函数的进行区域供能优化。(3)利用所建模型,对京南某新区区域能源规划进行了研究,提出了以年花费最低为目标函数的热电联产(CHP)和热泵技术的结合的区域能源规划方案。该区域中一部分用电来自电网,一部分用电来自热电联产。在白天电网价格偏高时会主要运行热电联产系统,同时在夏天可以生产生活热水。作为热电联产系统的补充,热泵在夜间购电价格较低时运行。同时与传统的功能方式相比,优化后的多能互补供能优化系统,经济性方面相对减少了25%,同时相对传统供能系统增加的初投资可以在3.3年内收回。(4)对多能互补区域能源供能方案的评价方法进行了归纳与总结。其中包括碳足迹的概念意义以及分析方法。热力学评价、经济性评价以及环境评价,对各类评价指标的特点进行了归纳与总结。对本文中所建立的区域多能互补供能方案进行了碳足迹的评价。
